DE102016006653A1

DE102016006653A1 - Direkteinspritzfunkenzündungsmotor, Steuer- bzw. Regelsystem hierfür, Verfahren zum Warmlaufen eines Katalysators und Computerprogrammerzeugnis

Info

Publication number: DE102016006653A1
Application number: DE102016006653.9A
Authority: DE
Inventors: Tomomi Watanabe; Nobuo Takeuchi; Yuya HONDA; Kazunori Hirabayashi
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2015-06-03
Filing date: 2016-06-02
Publication date: 2016-12-08
Anticipated expiration: 2036-06-03
Also published as: JP6323683B2; US20160356229A1; US10167797B2; DE102016006653B4; JP2016223411A

Abstract

Bereitgestellt wird ein Steuer- bzw. Regelsystem eines Motors, das unter Ausnutzung einer Tumble-Strömung das Verhalten von Kraftstoff steuert bzw. regelt, der direkt in eine Brennkammer eingespritzt wird, die innerhalb eines Zylinders des Motors ausgebildet ist. Das Steuer- bzw. Regelsystem beinhaltet einen Kraftstoffeinspritzer zum direkten Einspritzen des Kraftstoffes in die Brennkammer, einen Tumble-Strömungs-Erzeuger zum Erzeugen der Tumble-Strömung innerhalb der Brennkammer, ein Zündzeitpunktsteuer- bzw. Regelmodul zum Steuern bzw. Regeln einer Zündkerze im Sinne einer Zündung nach einem oberen Totpunkt im Kompressionshub des Zylinders in einem Kaltzustand des Motors, und ein Kraftstoffeinspritzersteuer- bzw. Regelmodul zum Steuern bzw. Regeln des Kraftstoffeinspritzers im Sinne einer Einspritzung des Kraftstoffes zu einem Einlasshubeinspritzzeitpunkt, einem einer frühen Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt und einem einer letzten Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt. Das Kraftstoffeinspritzersteuer- bzw. Regelmodul steuert bzw. regelt den Kraftstoffeinspritzer im Sinne einer Einspritzung des Kraftstoffes hin zu einem Wirbelzentrum der Tumble-Strömung zu dem der frühen Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt.

Description

Hintergrund
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Direkteinspritzfunkenzündungsmotor, ein Steuer- bzw. Regelsystem hierfür, ein Verfahren zum Warmlaufen eines Katalysators sowie ein Computerprogrammerzeugnis. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Steuer- bzw. Regelsystem eines Motors, das unter Ausnutzung einer Tumble-Strömung das Verhalten von Kraftstoff steuert bzw. regelt, der direkt in eine Brennkammer eingespritzt wird, die innerhalb eines Zylinders des Motors ausgebildet ist.
Entsprechend jüngst durchgesetzten Verschärfungen der Abgasbestimmungen für Kraftfahrzeuge besteht vermehrt Bedarf an einer Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs wie auch der Reinigungsleistung bei Abgas, das von einem Motor abgegeben wird.
Auf dem Weg des Abgases ist in Kraftfahrzeugen ein Drei-Wege-Katalysator vorgesehen, das heißt ein Reduktions-Oxidations-Katalysator (Redox) zum Reinigen unverbrannten Gases (beispielsweise HO, CO und NO_x), das im Abgas des Motors enthalten ist. Um das unverbrannte Gas durch den Katalysator zu reinigen, ist es notwendig, die Temperatur des Katalysators bei dessen Aktivierungstemperatur oder darüber zu halten.
Wenn daher die Temperatur des Abgases niedrig ist und die Temperatur des Katalysators die Aktivierungstemperatur noch nicht erreicht hat, was beispielsweise unmittelbar nach einem Kaltstart des Motors der Fall ist, muss die Temperatur des Katalysators schnell erhöht werden, um die Reinigungsleistung für das Abgas sicherzustellen.
Diskutiert wird hierfür eine Verzögerung des Zündzeitpunktes auf nach einem oberen Totpunkt im Kompressionshub (CTDC) unmittelbar nach dem Kaltstart, wo die Temperatur des Katalysators niedrig ist, um so zu bewirken, dass hohe Temperatur aufweisendes Abgas in den Katalysator strömt und dessen Temperatur erhöht. In diesem Fall bewirkt die Verzögerung des Zündzeitpunktes auf nach dem CTDC jedoch einen Temperatur- und Druckabfall innerhalb einer Brennkammer des Motors, weshalb sich die Zündstabilität verschlechtert, wobei sogar dann, wenn die Zündung erfolgreich durchgeführt werden kann, die Flammenausbreitung schlecht wird. Daher wird bei dem Funkenzündungsdirekteinspritzmotor aus der Offenbarung in der Druckschrift JP 2010-150971 A in einem Kaltzustand des Motors Kraftstoff in zwei Einspritzungen im Einlasshub und in einer letzten Hälfte des Kompressionshubes eingespritzt, wobei der Kraftstoff für die letzte Hälfte des Kompressionshubes derart eingespritzt wird, dass er auf eine obere Oberfläche und/oder einen Hohlraum eines Kolbens des Motors trifft. Daher bildet sich eine fette (rich) Atmosphäre zum Zündzeitpunkt um die Zündkerze herum, und es werden die Zündstabilität und die Flammenausbreitung (Verbrennungsstabilität) verbessert.
Bei dem vorbeschriebenen herkömmlichen Funkenzündungsdirekteinspritzmotor haftet jedoch, wenn der Kraftstoff, der in der letzten Hälfte des Kompressionshubes eingespritzt wird, auf die obere Oberfläche und/oder den Hohlraum des Kolbens trifft, ein Teil des Kraftstoffes am Kolben an. Eine derartige Kraftstoffanhaftung am Kolben verschlechtert den Kraftstoffverbrauch und erhöht zudem Rauch und Kohlenwasserstoffe (HC) (unverbranntes Gas), die in dem Abgas enthalten sind, was wiederum das Emissionsverhalten verschlechtert.
Wird zudem die Kraftstoffeinspritzmenge in der letzten Hälfte des Kompressionshubes verringert, um der Kraftstoffanhaftung am Kolben entgegenzuwirken, so kann sich die fette Atmosphäre nicht in ausreichendem Maße um die Zündkerze herum zum Zündzeitpunkt nach dem CTDC bilden, und es verschlechtert sich die Verbrennungsstabilität.
Zusammenfassung
Die vorliegende Erfindung wurde zur Lösung der vorbeschriebenen Probleme aus dem Stand der Technik gemacht und stellt auf die Bereitstellung eines Steuer- bzw. Regelsystems eines Motors ab, das dazu fähig ist, die Verbrennungsstabilität zu verbessern und gleichzeitig der Anhaftung von Kraftstoff an einem Kolben entgegenzuwirken, um eine Verschlechterung des Emissionsverhaltens zu verhindern.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Entwicklungen sind in den abhängigen Ansprüchen niedergelegt.
Entsprechend einem ersten Aspekt wird ein Direkteinspritzfunkenzündungsmotor bereitgestellt, wobei in einem Kaltzustand des Motors eine Zündkerze des Motors nach einem oberen Totpunkt im Kompressionshub zündet, Kraftstoff im Einlasshub, einer frühen Hälfte des Kompressionshubes und einer letzten Hälfte des Kompressionshubes eingespritzt wird, und in der frühen Hälfte des Kompressionshubes der Kraftstoff hin zu einem Wirbelzentrum einer Tumble-Strömung, die mit der Brennkammer des Motors erzeugt wird, eingespritzt wird.
Entsprechend einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Steuer- bzw. Regelsystem eines Motors bereitgestellt, das unter Ausnutzung einer Tumble-Strömung das Verhalten von Kraftstoff steuert bzw. regelt, der direkt in eine Brennkammer eingespritzt wird, die innerhalb eines Zylinders des Motors ausgebildet ist. Das Steuer- bzw. Regelsystem beinhaltet einen Kraftstoffeinspritzer zum direkten Einspritzen des Kraftstoffes in die Brennkammer, einen Tumble-Strömungs-Erzeuger zum Erzeugen der Tumble-Strömung innerhalb der Brennkammer, ein Zündzeitpunktsteuer- bzw. Regelmodul zum Steuern bzw. Regeln einer Zündkerze des Motors im Sinne einer Zündung nach einem oberen Totpunkt im Kompressionshub des Zylinders in einem Kaltzustand des Motors und ein Kraftstoffeinspritzersteuer- bzw. Regelmodul zum Steuern bzw. Regeln des Kraftstoffeinspritzers im Sinne einer Einspritzung des Kraftstoffes zu einem Einlasshubeinspritzzeitpunkt, der derart gewählt ist, dass er im Einlasshub des Zylinders ist, einem einer frühen Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt, der derart gewählt ist, dass er in einer frühen Hälfte des Kompressionshubes ist, und einem einer letzten Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt, der derart gewählt ist, dass er in einer letzten Hälfte des Kompressionshubes ist. Das Kraftstoffeinspritzersteuer- bzw. Regelmodul steuert bzw. regelt den Kraftstoffeinspritzer im Sinne einer Einspritzung des Kraftstoffes hin zu einem Wirbelzentrum der Tumble-Strömung zu dem der frühen Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt.
Bei der vorbeschriebenen Ausgestaltung verzögert das Zündzeitpunktsteuer- bzw. Regelmodul den Zündzeitpunkt auf nach dem oberen Totpunkt im Kompressionshub im Kaltzustand, um so ein schnelles Warmlaufen eines Katalysators zu erreichen. Zudem steuert bzw. regelt das Kraftstoffeinspritzersteuer- bzw. Regelmodul den Kraftstoffeinspritzer im Sinne einer Einspritzung des Kraftstoffes zu dem Einlasshubeinspritzzeitpunkt, dem einer frühen Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt und dem einer letzten Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt im Kaltzustand und spritzt den Kraftstoff hin zu einem Wirbelzentrum der Tumble-Strömung zu dem einer frühen Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt ein.
Daher wird zu dem der frühen Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt einem Durchdringen des Kraftstoffes in seiner Einspritzrichtung durch den Kraftstoffeinspritzer durch eine kinetische Energie der Tumble-Strömung, die in einer Richtung senkrecht zur Einspritzrichtung des Kraftstoffes orientiert ist, entgegengewirkt. Daher kann sich eine fette Zone innerhalb der Tumble-Strömung bilden, ohne dass Kraftstoff die Tumble-Strömung durchdringen und an einer Kronenoberfläche eines Kolbens und einer Wandoberfläche der Brennkammer anhaften würde. Darüber hinaus wird die fette Zone in eine Position entlang der Tumble-Strömung durch die Kraftstoffeinspritzung zu dem einer letzten Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt hin zu der Zündkerze verschoben. Damit kann sich zum Zündzeitpunkt, der derart gewählt ist, dass er nach dem oberen Totpunkt im Kompressionshub ist, die fette Zone um die Spitze der Zündkerze herum bilden, wenn der Kraftstoff zu dem der letzten Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt eingespritzt wird, wodurch als Ergebnis die Verbrennungsstabilität verbessert werden kann. Durch Unterteilen des Einspritzzeitpunktes im Kompressionshub in den der frühen Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt und den der letzten Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt wird die Kraftstoffeinspritzmenge zu dem der letzten Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt verringert, weshalb der Kraftstoffanhaftung an der Kronenoberfläche entgegengewirkt werden kann. Sogar dann, wenn der Zündzeitpunkt derart gewählt ist, dass er nach dem oberen Totpunkt im Kompressionshub ist, um den Katalysator schnell warmlaufen zu lassen, kann die Verbrennungsstabilität daher verbessert werden, während der Kraftstoffanhaftung an der Kronenoberfläche und der Wandoberfläche der Brennkammer entgegengewirkt wird, um eine Verschlechterung des Emissionsverhaltens zu verhindern.
Des Weiteren kann der Tumble-Strömungs-Erzeuger ein Einlassport des Motors sein, das heißt, es wird die Tumble-Strömung innerhalb der Brennkammer vorzugsweise durch den Einlassport erzeugt. Die Zündkerze des Motors kann in einem Zentralabschnitt einer Decke der Brennkammer vorgesehen sein. Der Kraftstoffeinspritzer kann an einer Position eines Umfangskantenabschnittes der Decke der Brennkammer an einer Seite, wo der Einlassport vorgesehen ist, angeordnet sein und den Kraftstoff schräg nach unten und hin zu einer entgegengesetzten bzw. gegenüberliegenden Seite von dem Einlassport einspritzen. Der Motor kann einen Kolben mit einer Kronenoberfläche aufweisen, wobei die Kronenoberfläche mit einer geneigten Oberfläche ausgebildet sein kann, die sich schräg nach oben und hin zu der Seite, wo der Kraftstoffeinspritzer vorgesehen ist, von einem Endabschnitt der Kronenoberfläche an einer entgegengesetzten bzw. gegenüberliegenden Seite von dem Kraftstoffeinspritzer erstreckt.
Bei der vorbeschriebenen Ausgestaltung ist die Kronenoberfläche mit der geneigten Oberfläche ausgebildet, die sich schräg nach oben und hin zu der Seite, wo der Kraftstoffeinspritzer vorgesehen ist, von dem Endabschnitt der Kronenoberfläche an der entgegengesetzten bzw. gegenüberliegenden Seite von dem Kraftstoffeinspritzer erstreckt. Daher kann die Tumble-Strömung, die schräg nach oben und hin zu dem Kraftstoffeinspritzer orientiert ist, entlang der geneigten Oberfläche der Kronenoberfläche erzeugt werden, und es kann der Kraftstoff sicher hin zu dem Wirbelzentrum der Tumble-Strömung durch den Kraftstoffeinspritzer eingespritzt werden. Damit kann sich die fette Zone innerhalb der Tumble-Strömung bilden, ohne dass der Kraftstoff die Tumble-Strömung durchdringen und an der Kronenoberfläche und der Wandoberfläche der Brennkammer anhaften würde, wobei sich zu einem Zündzeitpunkt, der derart gewählt ist, dass er nach dem oberen Totpunkt im Kompressionshub ist, die fette Zone um die Spitze der Zündkerze herum bilden kann, wenn der Kraftstoff zu dem der letzten Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt eingespritzt wird, wodurch im Ergebnis die Verbrennungsstabilität verbessert werden kann.
Des Weiteren kann der einer frühen Hälfte des Kompressionshubes zu eigene Einspritzzeitpunkt derart gewählt sein, dass er ein Zeitpunkt ist, zu dem ein Bereich einer Zentralachse der Brennkammer mit Schnitt einer Erstreckung eines Einspritzbereiches des Kraftstoffes aus der Einspritzung durch den Kraftstoffeinspritzer unter einem vorbestimmten Spreizwinkel über einer Position der Zentralachse mit Schnitt einer Erstreckungsebene der geneigten Oberfläche der Kronenoberfläche befindlich ist.
Da bei der vorbeschriebenen Ausgestaltung das Kraftstoffeinspritzersteuer- bzw. Regelmodul den Kraftstoff in einen Bereich über einer unteren Sektion der Tumble-Strömung mit Orientierung schräg nach oben und hin zu dem Kraftstoffeinspritzer entlang der geneigten Oberfläche der Kronenoberfläche zu dem einer frühen Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt einspritzt, kann der Kraftstoff sicher hin zu dem Wirbelzentrum der Tumble-Strömung eingespritzt werden. Damit kann sich die fette Zone innerhalb der Tumble-Strömung bilden, ohne dass der Kraftstoff die Tumble-Strömung durchdringen und an der Kronenoberfläche und der Wandoberfläche der Brennkammer anhaften würde, wobei sich zu dem Zündzeitpunkt, der derart gewählt ist, dass er nach dem oberen Totpunkt im Kompressionshub ist, die fette Zone um die Spitze der Zündkerze herum bilden kann, wenn der Kraftstoff zu dem der letzten Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt eingespritzt wird, wodurch im Ergebnis die Verbrennungsstabilität verbessert werden kann.
Des Weiteren kann der der frühen Hälfte des Kompressionshubes zu eigene Einspritzzeitpunkt derart gewählt sein, dass er zwischen etwa 160 und etwa 110° vor dem oberen Totpunkt des Kompressionshubes ist.
Bei der vorbeschriebenen Ausgestaltung ist der Einspritzzeitpunkt derart gewählt, dass er ein Zeitpunkt ist, zu dem der Kraftstoff sicher hin zu dem Wirbelzentrum der Tumble-Strömung eingespritzt werden kann. Damit kann sich die fette Zone innerhalb der Tumble-Strömung bilden, ohne dass der Kraftstoff die Tumble-Strömung durchdringen und an der Kronenoberfläche und der Wandoberfläche der Brennkammer anhaften würde, wobei sich zu dem Zündzeitpunkt, der derart gewählt ist, dass er nach dem oberen Totpunkt im Kompressionshub ist, die fette Zone um die Spitze der Zündkerze herum bilden kann, wenn der Kraftstoff zu dem der letzten Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt eingespritzt wird, wodurch im Ergebnis die Verbrennungsstabilität verbessert werden kann.
Vorzugsweise wird in einem Kaltzustand des Motors und nach einem Warmlaufen des Katalysators der Zündzeitpunkt zu einem Zeitpunkt vor dem oberen Totpunkt des Kompressionshubes verschoben, und es wird Kraftstoff in einer frühen Hälfte des Einlasshubes, einer letzten Hälfte des Einlasshubes und einer frühen Hälfte des Kompressionshubes eingespritzt.
Weiter bevorzugt ist, wenn das Verhältnis der Kraftstoffeinspritzmengen zu den jeweiligen Einspritzzeitpunkten etwa gleich 3,4 zu 3,3 zu 3,3 ist.
Entsprechend einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Steuer- bzw. Regelsystem für einen Direkteinspritzfunkenzündungsmotor, wobei das Steuer- bzw. Regelsystem umfasst:
ein Zündzeitpunktsteuer- bzw. Regelmodul zum Steuern bzw. Regeln einer Zündkerze des Motors im Sinne einer Zündung nach einem oberen Totpunkt im Kompressionshub des Zylinders in einem Kaltzustand des Motors; und
ein Kraftstoffeinspritzersteuer- bzw. Regelmodul zum Steuern bzw. Regeln des Kraftstoffeinspritzers im Sinne einer Einspritzung des Kraftstoffes zu einem Einlasshubeinspritzzeitpunkt, der derart gewählt ist, dass er in einem Einlasshub des Zylinders ist, einem einer frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt, der derart gewählt ist, dass er in einer frühen Hälfte des Kompressionshubes ist, und einem einer letzten Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt, der derart gewählt ist, dass er in einer letzten Hälfte des Kompressionshubes ist,
wobei das Kraftstoffeinspritzersteuer- bzw. Regelmodul den Kraftstoffeinspritzer im Sinne einer Einspritzung des Kraftstoffes hin zu einem Wirbelzentrum der Tumble-Strömung zu dem der frühen Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt steuert bzw. regelt.
Entsprechend einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Warmlaufen eines Katalysators eines Direkteinspritzfunkenzündungsmotors, wobei das Verfahren die nachfolgenden Schritte umfasst:
Verzögern eines Einspritzzeitpunktes derart, dass dieser nach einem oberen Totpunkt eines Kompressionshubes ist,
Einspritzen von Kraftstoff im Einlasshub, einer frühen Hälfte des Kompressionshubes und einer letzten Hälfte des Kompressionshubes,
wobei in der frühen Hälfte des Kompressionshubes der Kraftstoff hin zu einem Wirbelzentrum einer Tumble-Strömung, die mit der Brennkammer des Motors erzeugt wird, eingespritzt wird.
Vorzugsweise wird in einem Kaltzustand des Motors und nach einem Warmlaufen des Katalysators der Zündzeitpunkt zu einem Zeitpunkt vor dem oberen Totpunkt des Kompressionshubes verschoben, und es wird Kraftstoff in einer frühen Hälfte des Einlasshubes, einer letzten Hälfte des Einlasshubes und einer frühen Hälfte des Kompressionshubes eingespritzt.
Entsprechend einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Computerprogrammerzeugnis, das computerlesbare Anweisungen umfasst, die dann, wenn sie in ein geeignetes System geladen und dort ausgeführt werden, die Schritte nach einem der vorbeschriebenen Verfahren durchführen können.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
1 ist eine Ansicht zur schematischen Darstellung einer Ausgestaltung eines Motors, bei dem ein Steuer- bzw. Regelsystem entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommt.
2 ist eine perspektivische Ansicht zur Darstellung von spezifischen Strukturen eines Einspritzers und einer Zündkerze des Motors entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3A und 3B sind Ansichten zur Darstellung eines Kolbens des Motors entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei 3A eine Planansicht des Kolbens ist, während 3B eine Ansicht entlang einer Linie A-A in 3A ist.
4 zeigt Zeitdiagramme von Kraftstoffeinspritzzeitpunkten, die von dem Steuer- bzw. Regelsystem des Motors entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gesteuert bzw. geregelt werden.
5 ist eine Querschnittsansicht zur Darstellung eines Zustandes innerhalb einer Brennkammer, wenn Kraftstoff im Einlasshub in einem katalysatoreigenen schnellen Warmlaufzustand durch das Steuer- bzw. Regelsystem entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingespritzt wird.
6 ist eine Querschnittsansicht zur Darstellung eines Zustandes innerhalb der Brennkammer, wenn der Kraftstoff in einer frühen Hälfte des Kompressionshubes in dem katalysatoreigenen schnellen Warmlaufzustand durch das Steuer- bzw. Regelsystem entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingespritzt wird.
7 ist eine Querschnittsansicht zur Darstellung eines Zustandes innerhalb der Brennkammer, nachdem der Kraftstoff in der frühen Hälfte des Kompressionshubes in dem katalysatoreigenen schnellen Warmlaufzustand durch das Steuer- bzw. Regelsystem entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingespritzt wird.
8 ist eine Querschnittsansicht zur Darstellung eines Zustandes innerhalb der Brennkammer, wenn der Kraftstoff in einer letzten Hälfte des Kompressionshubes in dem katalysatoreigenen schnellen Warmlaufzustand durch das Steuer- bzw. Regelsystem entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingespritzt wird.
9 ist eine Querschnittsansicht zur Darstellung eines Zustandes innerhalb der Brennkammer zu einem Zündzeitpunkt in dem katalysatoreigenen schnellen Warmlaufzustand bei dem Steuer- bzw. Regelsystem entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
10 ist eine Querschnittsansicht zur Darstellung eines Zustandes innerhalb der Brennkammer, wenn der Kraftstoff in einer frühen Hälfte des Einlasshubes in einem Kaltzustand durch das Steuer- bzw. Regelsystem entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingespritzt wird.
11 ist eine Querschnittsansicht zur Darstellung eines Zustandes innerhalb der Brennkammer, wenn der Kraftstoff in einer letzten Hälfte des Einlasshubes im Kaltzustand durch das Steuer- bzw. Regelsystem entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingespritzt wird.
12 ist eine Querschnittsansicht zur Darstellung eines Zustandes innerhalb der Brennkammer, nachdem der Kraftstoff in der frühen Hälfte des Kompressionshubes im Kaltzustand durch das Steuer- bzw. Regelsystem entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingespritzt wird.
13 ist eine Querschnittsansicht zur Darstellung eines Zustandes innerhalb der Brennkammer zum Zündzeitpunkt im Kaltzustand bei dem Steuer- bzw. Regelsystem entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Detailbeschreibung einer Ausführungsform
Nachstehend werden ein Motor und ein Steuer- bzw. Regelsystem hierfür entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand der begleitenden Zeichnung beschrieben.
Systemausgestaltung
Zunächst wird eine Ausgestaltung eines Motors, bei dem ein Steuer- bzw. Regelsystem entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommt, anhand 1 beschrieben. 1 ist eine Ansicht zur schematischen Darstellung der Ausgestaltung des Motors, bei dem das Steuer- bzw. Regelsystem entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommt.
In 1 bezeichnet das Bezugszeichen „1” einen Motor, bei dem das Steuer- bzw. Regelsystem entsprechend der vorliegenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommt. Der Motor 1 ist ein Benzinmotor, der an einem Fahrzeug montiert ist und mit Kraftstoff versorgt wird, der wenigstens Benzin enthält. Der Motor 1 beinhaltet einen Zylinderblock 4, der mit einer Mehrzahl von Zylindern 2 versehen ist (Man beachte, dass ungeachtet dessen, dass nur ein Zylinder 2 in 1 dargestellt ist, auch beispielsweise vier Zylinder linear angeordnet sein können), einen Zylinderkopf 6, der an dem Zylinderblock 4 angeordnet ist, und eine Ölwanne 8, die unter dem Zylinderblock 4 angeordnet ist und ein Schmiermittel aufnimmt. Ein pendelbewegungsfähiger Kolben 14, der mit einer Kurbelwelle 12 über eine Verbindungsstange 10 verbunden ist, ist in jeden der Zylinder 2 eingepasst. Der Zylinderkopf 6, die Zylinder 2 und die Kolben 14 legen Brennkammern 16 fest.
In dem Zylinderkopf 6 sind zwei unabhängige Einlassports 18 und zwei unabhängige Auslass- bzw. Abgasports 20 für jeden der Zylinder 2 ausgebildet, wobei jeder der Einlassports 18 mit einem Einlassventil 22 zum Öffnen und Schließen des Einlassports 18 an der der Brennkammer 16 zu eigenen Seite versehen ist und jeder der Auslass- bzw. Abgasports 20 mit einem Auslass- bzw. Abgasventil 24 zum Öffnen und Schließen des Auslass- bzw. Abgasports 20 an der der Brennkammer 16 zu eigenen Seite versehen ist. Der Einlassport 18 arbeitet als Tumble-Strömungs-Erzeuger zum Erzeugen einer Wirbelströmung in Aufwärts-Abwärts-Richtungen des Kolbens (Tumble-Strömung) innerhalb der Brennkammer 16.
Des Weiteren bildet eine Bodenoberfläche des Zylinderkopfes 6 Decken 26 der jeweiligen Brennkammern 16. Jede der Decken 26 weist eine sogenannte Pentroof-Form mit zwei entgegengesetzten bzw. gegenüberliegenden geneigten Oberflächen auf, die sich von einem Zentralabschnitt der Decke 26 zu einem Bodenende des Zylinderkopfes 6 erstrecken.
Des Weiteren ist ein (Direkt-)Einspritzer 28 zum direkten Einspritzen des Kraftstoffes in den Zylinder 2 an dem Zylinderkopf 6 für jeden Zylinder 2 angebracht. Jeder Einspritzer 28 ist derart angeordnet, dass eine Mehrzahl von Düsenlöchern 30 schräg nach unten und hin zu einer Innenseite der Brennkammer 16 an einer Position eines Umfangskantenabschnittes der Decke 26 der Brennkammer 16 zwischen den beiden Einlassports 18 orientiert ist. Der Einspritzer 28 spritzt in die Brennkammer 16 eine Menge des Kraftstoffes entsprechend einem Betriebszustand des Motors 1 zu einem Einspritzzeitpunkt, der entsprechend dem Betriebszustand des Motors 1 gewählt ist, direkt ein. Eine spezifische Struktur des Einspritzers 28 wird nachstehend beschrieben.
Darüber hinaus ist eine Zündkerze 32 zum Erzwingen einer Zündung eines Mischgases innerhalb der Brennkammer 16 an dem Zylinderkopf 6 für jeden Zylinder 2 angebracht. Jede Zündkerze 32 ist derart angebracht, dass sie den Zylinderkopf 6 durchdringt und sich nach unten von dem Zentralabschnitt der Decke 26 der Brennkammer 16 aus erstreckt. Die Zündkerze 32 ist mit einer Zündschaltung 34 zum Bereitstellen einer Spannung für die Zündkerze 32 verbunden.
Der Zylinderkopf 6 ist zudem mit Ventilbetätigungsmechanismen 36 zum Betätigen der Einlass- und Auslass- bzw. Abgasventile 22 und 24 eines jeden Zylinders 2 bezugsrichtig verbunden. Die Ventilbetätigungsmechanismen 36 beinhalten beispielsweise einem nichtdargestellten veränderlichen Ventilhebemechanismus (Variable Valve Lift WL) zum Ändern von Hebungen der Einlass- und Auslass- bzw. Abgasventile 22 und 24 und einen nichtdargestellten veränderlichen Ventilphasenmechanismus (Variable Valve Timing VVT) zum Ändern einer Drehphase einer Nockenwelle in Bezug auf die Kurbelwelle 12.
Ein Kraftstoffzuleitweg koppelt einen Kraftstofftank (nicht dargestellt) mit den Einspritzern 28. Ein Kraftstoffzuleitsystem 38 zum Zuleiten des Kraftstoffes zu jedem der Einspritzer 28 bei einem gewünschten Kraftstoffdruck ist innerhalb des Kraftstoffzuleitweges vorgesehen. Der Druck des Kraftstoffes, der auf jeden Einspritzer 28 ausgeübt wird, ändert sich entsprechend dem Betriebszustand des Motors 1.
An einer Seitenoberfläche des Motors 1 ist, wie in 1 dargestellt ist, ein Einlassdurchlass 40 derart angeschlossen, dass er mit den Einlassports 18 der jeweiligen Zylinder 2 kommuniziert. An der anderen Seitenoberfläche des Motors 1 ist ein Auslass- bzw. Abgasdurchlass 42 derart angeschlossen, dass er verbranntes Gas (Abgas), das von den Brennkammern 16 der jeweiligen Zylinder 2 abgegeben wird, herausführt.
Ein Katalysatorwandler 44 zum Reinigen des Abgases ist mit einer stromabwärtigen Seite des Auslass- bzw. Abgasdurchlasses 42 verbunden. Der Katalysatorwandler 44 ist mit einem Katalysatortemperatursensor 46 zum Detektieren einer Katalysatortemperatur versehen.
Der Motor 1 wird durch ein Leistungsstrangsteuer- bzw. Regelmodul (nachstehend als PCM bezeichnet) 48 gesteuert bzw. geregelt. Das PCM 48 wird von einem Mikroprozessor, der eine CPU beinhaltet, einem Speicher, einer Zählerzeitgebergruppe, einer Schnittstelle und Wegen zur Verbindung dieser Einheiten gebildet. Das PCM 48 bildet eine Steuerung bzw. Regelung.
Das PCM 48 empfängt Detektionssignale von Sensoren verschiedener Art. Insbesondere empfängt das PCM 48 ein Detektionssignal des Katalysatortemperatursensors 46 und zudem Detektionssignale eines Fluidtemperatursensors zum Detektieren einer Temperatur eines Motorkühlmittels, einen Kurbelwinkelsensor zum Detektieren eines Drehwinkels der Kurbelwelle 12, einen Beschleuniger- bzw. Gaspedalpositionssensor zum Detektieren einer Beschleuniger- bzw. Gaspedalöffnung entsprechend einem Winkel (Betriebsmenge) eines Beschleunigungs- bzw. Gaspedals des Fahrzeuges und dergleichen mehr. Man beachte, dass diese Sensoren nicht dargestellt sind.
Mittels Durchführen von Vorgängen verschiedener Art auf Grundlage dieser Detektionssignale bestimmt das PCM 48 den Betriebszustand des Motors 1 und denjenigen des Fahrzeuges und gibt Steuer- bzw. Regelsignale an die Einspritzer 28, die Zündschaltung 34, die Ventilbetätigungsmechanismen 36, das Kraftstoffzuleitsystem 38 und dergleichen mehr entsprechend dem bestimmten Zustand aus. Auf diese Weise betreibt das PCM 48 den Motor 1. Wie im Detail nachstehend noch beschrieben wird, kann das PCM 48 auch als Steuer- bzw. Regelsystem des Motors 1 beschrieben werden und wirkt als Zündzeitpunktsteuer- bzw. Regelmodul und Kraftstoffeinspritzersteuer- bzw. Regelmodul.
Spezifische Strukturen von Kolben, Einspritzern und Zündkerzen
Als Nächstes werden spezifische Strukturen eines jeden Kolbens 14, eines jeden Einspritzers 28 und einer jeden Zündkerze 32 des Motors 1 der vorliegenden Ausführungsform anhand 2, 3A und 3B beschrieben. 2 ist eine perspektivische Ansicht zur Darstellung der spezifischen Strukturen des Einspritzers 28 und der Zündkerze 32 des Motors 1 entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3A und 3B sind Ansichten zur Darstellung des Kolbens 14 des Motors 1 entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei 3A eine Planansicht des Kolbens 14 ist, während 3B eine Ansicht entlang einer Linie A-A in 3A ist.
Wie in 2 dargestellt ist, ist der Einspritzer 28 ein Mehrfach-Loch-Einspritzer mit einer Mehrzahl von Düsenlöchern 30. Der Einspritzer 28 ist derart vorgesehen, dass sich dessen axiale Richtung unter einem Neigungswinkel α bezüglich einer horizontalen Richtung nach unten neigt. Damit spreizt sich der Kraftstoffsprühnebel, der aus den Düsenlöchern 30 des Einspritzers 28 eingespritzt wird, radial unter einem vorbestimmten Spreizwinkel β schräg nach unten von dem Umfangskantenabschnitt der Decke 26 der Brennkammer 16.
Wie in 2, 3A und 3B dargestellt ist, ist eine Kronenoberäche 50 zum Bilden eines oberen Abschnittes des Kolbens 14 derart ausgebildet, dass sie sich hin zum Zentrum hiervon wölbt. Insbesondere verfügt die Kronenoberfläche 50 über eine einspritzerseitige geneigte Oberfläche 52, die sich schräg nach oben von einem Endabschnitt der Kronenoberfläche 50 an der dem Einspritzer 28 zu eigenen Seite hin zum Zentrum der Kronenoberfläche 50 erstreckt, und eine gegeneinspritzerseitige geneigte Oberfläche 54, die sich schräg nach oben von einem Endabschnitt der Kronenoberfläche 50 an einer entgegengesetzten bzw. gegenüberliegenden Seite von dem Einspritzer 28 (nachstehend als „Gegeneinspritzerseite” bezeichnet) hin zum Zentrum der Kronenoberfläche 50 unter einem Neigungswinkel θ erstreckt. Die einspritzerseitige geneigte Oberfläche 52 und die gegeneinspritzerseitige geneigte Oberfläche 54 sind entlang der Form der Decke 26 der Brennkammer 16 ausgebildet.
Des Weiteren ist jeder von dem Endabschnitt der Kronenoberfläche 50 an der dem Einspritzer 28 zu eigenen Seite und dem Endabschnitt an der Gegeneinspritzerseite mit einer horizontalen Oberfläche 56 als Referenzoberfläche der Kronenoberfläche 50 ausgebildet.
Einlassventilausnehmungen 58 sind in der horizontalen Oberfläche 56 an der dem Einspritzer 28 zu eigenen Seite derart ausgebildet, dass ein Kontakt zwischen dem Kolben 14 und den Einlassventilen 22 vermieden wird, und es sind Auslass- bzw. Abgasventilausnehmungen 60 in der gegeneinspritzerseitigen geneigten Oberfläche 54 derart ausgebildet, dass ein Kontakt zwischen dem Kolben 14 und den Auslass- bzw. Abgasventilen 26 vermieden wird.
Ein Hohlraum 62, der im Wesentlichen kreisförmig bei Planansicht eingedrückt (dented) ist, ist im Zentrum der Kronenoberfläche 50 ausgebildet. Der Hohlraum 62 wird von einer horizontalen Bodenoberfläche 64 mit einer im Wesentlichen kreisförmigen Form bei Planansicht und einer Seitenoberfläche 66, die sich radial nach oben von einem Außenumfang der Bodenoberfläche 64 aus erstreckt, gebildet. Ist der Kolben 14 am oberen Totpunkt, so befindet sich eine Spitze der Zündkerze 32 innerhalb des Hohlraumes 62, weshalb ein im Wesentlichen kugelförmiger Verbrennungsraum, der sich an der Spitze der Zündkerze 32 zentriert, gebildet wird.
Kraftstoffeinspritzzeitpunkte
Als Nächstes wird eine Steuerung bzw. Regelung der Kraftstoffeinspritzzeitpunkte durch das Steuer- bzw. Regelsystem des Motors 1 der vorliegenden Ausführungsform anhand 4 beschrieben.
4 zeigt Zeitdiagramme der Kraftstoffeinspritzzeitpunkte, die von dem Steuer- bzw. Regelsystem des Motors 1 entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gesteuert bzw. geregelt werden, wobei die horizontale Achse hier einen Kurbelwinkel vor einem kompressionseigenen oberen Totpunkt CTDC (Grad BTDC) angibt, wobei die Zahlen über den Balken, die die Kraftstoffeinspritzzeitpunkte angeben, Kraftstoffeinspritzmengen zu den jeweiligen Kraftstoffeinspritzzeitpunkten sind, wenn die gesamte Kraftstoffeinspritzmenge in einem Zyklus (Betriebszyklus des Zylinders) gleich 10 ist.
Wie in 4 dargestellt ist, ist, wenn der Betriebszustand des Motors 1 dem Zustand „unmittelbar nach einem Kaltstart” entspricht, der Katalysator nicht aktiv, und der Motor muss schnell warmlaufen, das heißt, die Katalysatortemperatur muss auf eine Aktivierungstemperatur oder darüber erhöht werden (katalysatoreigener schneller Warmlaufzustand entsprechend einem Teil eines Kaltstarts), wobei das PCM 48 den Zündzeitpunkt auf nach dem CTDC setzt und dazu, eine Verschlechterung des Abgasverhaltens zu verhindern und die Verbrennungsstabilität zu verbessern, die Kraftstoffeinspritzung in jedem Zyklus durch Unterteilen derselben in drei Einspritzungen durchführt.
Insbesondere wird der Kraftstoff von dem Einspritzer 28 dadurch eingespritzt, dass eine Unterteilung in drei Einspritzzeitpunkte vorgenommen wird, nämlich einen Einlasshubeinspritzzeitpunkt, der derart gewählt ist, dass er im Einlasshub des Zylinders 2, insbesondere bei etwa 215° vor dem oberen Totpunkt [Grad BTDC] ist; einen einer frühen Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt, der derart gewählt ist, dass er in einer frühen Hälfte eines Kompressionshubes des Zylinders 2, insbesondere zwischen 160 und 110 [Grad BTDC] ist; und einen einer letzten Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt, der derart gewählt ist, dass er in einer letzten Hälfte des Kompressionshubes des Zylinders 2, insbesondere bei etwa 55 [Grad BTDC] ist. Insbesondere ist der der frühen Hälfte des Kompressionshubes zu eigene Einspritzzeitpunkt derart gewählt, dass er ein Zeitpunkt ist, zu dem ein Bereich einer Zentralachse der Brennkammer 16 mit Schnitt einer Erstreckung eines Einspritzbereiches des Kraftstoffes aus der Einspritzung durch den Einspritzer 28 unter einem vorbestimmten Spreizwinkel β über einer Position der Zentralachse mit Schnitt einer Erstreckungsebene der gegeneinspritzerseitigen geneigten Oberfläche 54 der Kronenoberfläche 50 befindlich ist.
Ist eine gesamte Kraftstoffeinspritzmenge in einem Zyklus gleich 10, so ist das Verhältnis der Kraftstoffeinspritzmengen zu diesen jeweiligen Einspritzzeitpunkten gleich 3,4 zu 3,3 zu 3,3 (Einlasshubeinspritzzeitpunkt:der frühen Hälfte des Kompressionshubes zu eigener Einspritzzeitpunkt:der letzten Hälfte des Kompressionshubes zu eigener Einspritzzeitpunkt). Man beachte, dass die gesamte Kraftstoffeinspritzmenge in einem Zyklus derart gewählt ist, dass das Mischgas insgesamt mager wird, was dünner als ein theoretisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.
Wenn der Betriebszustand des Motors 1 zudem der Kaltzustand nach dem katalysatoreigenen schnellen Warmlaufzustand ist, setzt das PCM 48 den Zündzeitpunkt derart, dass dieser vor dem CTDC ist, und führt dazu, die Verbrennungsstabilität zu verbessern, die Kraftstoffeinspritzung in jedem Zyklus durch Unterteilen derselben in drei Einspritzungen durch.
Insbesondere wird der Kraftstoff von dem Einspritzer 28 dadurch eingespritzt, dass er in drei Einspritzzeitpunkte unterteilt wird, nämlich einen einer frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt, der derart gewählt ist, dass er in einer frühen Hälfte des Einlasshubes des Zylinders 2, insbesondere bei etwa 280 [Grad BTDC] ist, einen einer letzten Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt, der derart gewählt ist, dass er in einer letzten Hälfte des Einlasshubes des Zylinders 2, insbesondere bei etwa 215 [Grad BTDC] ist; und einen einer frühen Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt, der derart gewählt ist, dass er in der frühen Hälfte des Kompressionshubes des Zylinders 2, insbesondere zwischen etwa 160 und etwa 110 [Grad BTDC] ist. Ist die gesamte Kraftstoffeinspritzmenge in einem Zyklus gleich 10, so ist das Verhältnis der Kraftstoffeinspritzmengen zu den jeweiligen Einspritzzeitpunkten gleich etwa 3,4 zu 3,3 zu 3,3 (der frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigener Einspritzzeitpunkt:der letzten Hälfte des Einlasshubes zu eigener Einspritzzeitpunkt:der früheren Hälfte des Kompressionshubes zu eigener Einspritzzeitpunkt). Man beachte, dass die gesamte Kraftstoffeinspritzmenge in einem Zyklus derart gewählt ist, dass das Mischgas insgesamt mager wird, was dünner als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.
Wenn zudem der Betriebszustand des Motors 1 ein warmgelaufener Zustand ist, spritzt das PCM 48 den Kraftstoff gänzlich durch den Einspritzer 28 zu einem Einlasshubeinspritzzeitpunkt ein, der derart gewählt ist, dass er im Einlasshub des Zylinders 2, insbesondere bei etwa 280 [Grad BTDC] ist.
Insbesondere wenn der Betriebszustand des Motors 1 der warmgelaufene Zustand ist, in dem die Verbrennungsstabilität hoch ist, wird der Kraftstoff gänzlich zu dem Einlasshubeinspritzzeitpunkt eingespritzt, um die Verdampfung des Kraftstoffes zu stimulieren und eine gleichmäßige Verteilung des Kraftstoffes innerhalb der Brennkammer 16 zu bewirken, um so das Emissionsverhalten zu verbessern.
Zustand innerhalb der Brennkammer
Als Nächstes werden Zustände innerhalb der Brennkammer, wenn das Steuer- bzw. Regelsystem des Motors 1 der vorliegenden Ausführungsform den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt steuert bzw. regelt, anhand 5 bis 13 beschrieben.
5 bis 9 sind Querschnittsansichten zur Darstellung von Zuständen innerhalb der Brennkammer in dem katalysatoreigenen schnellen Warmlaufzustand des Motors 1 der vorliegenden Ausführungsform, wobei 5 ein Zustand ist, wenn der Kraftstoff im Einlasshub eingespritzt wird, 6 ein Zustand ist, wenn der Kraftstoff in der frühen Hälfte des Kompressionshubes eingespritzt wird, 7 ein Zustand ist, nachdem der Kraftstoff in der frühen Hälfte des Kompressionshubes eingespritzt worden ist, 8 ein Zustand ist, wenn der Kraftstoff in der letzten Hälfte des Kompressionshubes eingespritzt wird, und 9 ein Zustand zum Zündzeitpunkt ist.
Darüber hinaus sind 10 bis 13 Querschnittsansichten zur Darstellung von Zuständen innerhalb der Brennkammer im Kaltzustand des Motors 1 der vorliegenden Ausführungsform, wobei 10 ein Zustand ist, wenn der Kraftstoff in der frühen Hälfte des Einlasshubes eingespritzt wird, 11 ein Zustand ist, wenn der Kraftstoff in der letzten Hälfte des Einlasshubes eingespritzt wird, 12 ein Zustand ist, nachdem der Kraftstoff in der frühen Hälfte des Kompressionshubes eingespritzt worden ist, und 13 ein Zustand zum Zündzeitpunkt ist.
Zustand innerhalb der Brennkammer in dem katalysatoreigenen schnellen Warmlaufzustand
Zunächst wird zu dem Einlasshubeinspritzzeitpunkt in dem katalysatoreigenen schnellen Warmlaufzustand, wie in 5 dargestellt ist, eine Tumble-Strömung T (Wirbelströmung in Aufwärts-Abwärtsrichtungen des Kolbens) durch Einlassluft erzeugt, die in die Brennkammer 16 von den Einlassports 18 infolgedessen strömt, dass die Einlassventile 22 geöffnet werden und sich der Kolben 14 senkt. Steuert bzw. regelt das PCM 48 den Einspritzer 28 und das Kraftstoffzuleitsystem 38 im Sinne einer Einspritzung des Kraftstoffes von dem Einspritzer 28 zu dem Einlasshubeinspritzzeitpunkt, so strömt der eingespritzte Kraftstoff ins Innere der Brennkammer 16 entlang der Tumble-Strömung T. Insbesondere bei etwa 215 [Grad BTDC] entsprechend dem Einlasshubeinspritzzeitpunkt strömt das Gas innerhalb der Brennkammer 16 aktiv. Daher kann die Verdampfung des Kraftstoffes, der in die Brennkammer 16 eingespritzt wird, stimuliert werden. Da zudem die Zeitspanne von dem Einlasshubeinspritzzeitpunkt zu dem Zündzeitpunkt lang ist, kann ausreichend Zeit sichergestellt werden, um den Kraftstoff, der zu dem Einlasshubeinspritzzeitpunkt eingespritzt wird, zu verdampfen, und es kann der Kraftstoff gleichmäßig innerhalb der Brennkammer 16 verteilt werden.
Als Nächstes verschiebt sich zu dem der frühen Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt im katalysatoreigenen schnellen Warmlaufzustand, wie in 6 gezeigt ist, die Tumble-Strömung T, die im Einlasshub erzeugt wird, in die Wirbelform zwischen der Decke 26 der Brennkammer 16 und der Kronenoberfläche 50 während einer Kompression in Aufwärts-Abwärts-Richtungen, wenn sich der Kolben 14 hebt. Insbesondere ist eine untere Sektion der Tumble-Strömung T schräg nach oben und hin zu dem Einspritzer 28 entlang der gegeneinspritzerseitigen geneigten Oberfläche 54 der Kronenoberfläche 50 orientiert.
Zwischen etwa 160 und etwa 110 [Grad BTDC] entsprechend dem der frühen Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt ist der Bereich A der Zentralachse O der Brennkammer 16 mit Schnitt der Erstreckung des Einspritzbereiches des Kraftstoffes aus der Einspritzung durch den Einspritzer 28 unter dem vorbestimmten Spreizwinkel β über der Position der Zentralachse O mit Schnitt der Erstreckungsebene P der gegeneinspritzerseitigen geneigten Oberfläche 54 der Kronenoberfläche 50 befindlich.
Wenn daher das PCM 48 den Einspritzer 28 und das Kraftstoffzuleitsystem 38 im Sinne einer Einspritzung des Kraftstoffes von dem Einspritzer 28 zu dem der frühen Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt steuert bzw. regelt, ist der eingespritzte Kraftstoff hin zu einem Wirbelzentrum der Tumble-Strömung T an einer Position über der unteren Sektion der Tumble-Strömung T mit Orientierung schräg nach oben und hin zu dem Einspritzer 28 entlang der gegeneinspritzerseitigen geneigten Oberfläche 54 der Kronenoberfläche 50 orientiert.
In diesem Fall wird dem Durchdringen des Kraftstoffes in seiner Einspritzrichtung durch eine kinetische Energie der Tumble-Strömung T, die in einer Richtung senkrecht zur Einspritzrichtung des Kraftstoffes orientiert ist, entgegengewirkt. Damit dringt der Kraftstoff nicht zu der Tumble-Strömung T durch, und es wird der Kraftstoffanhaftung an einer Wandoberfläche der Brennkammer 16 entgegengewirkt.
Da des Weiteren der der frühen Hälfte des Kompressionshubes zu eigene Einspritzzeitpunkt, wie vorstehend beschrieben, derart gewählt ist, dass er derjenige Zeitpunkt ist, zu dem der Bereich A der Zentralachse O der Brennkammer 16 mit Schnitt der Erstreckung des Einspritzbereiches des Kraftstoffes aus der Einspritzung durch den Einspritzer 28 unter dem vorbestimmten Spreizwinkel β über der Position der Zentralachse O mit Schnitt der Erstreckungsebene P der gegeneinspritzerseitigen geneigten Oberfläche 54 der Kronenoberfläche 50 befindlich ist, ist der der frühen Hälfte des Kompressionshubes zu eigene Einspritzzeitpunkt derart gewählt, dass er früher ist, wenn der Neigungswinkel θ der gegeneinspritzerseitigen geneigten Oberfläche 54 der Kronenoberfläche 50 größer wird. Daher wird der Zeitpunkt, zu dem das PCM 48 den Einspritzer 28 im Sinne einer Einspritzung des Kraftstoffes steuert bzw. regelt, früher gewählt, wenn der Neigungswinkel θ der gegeneinspritzerseitigen geneigten Oberfläche 54 größer wird, das heißt, es wird ein Aufwärtswinkel, unter dem die untere Sektion der Tumble-Strömung T entlang der gegeneinspritzerseitigen geneigten Oberfläche 54 orientiert ist, größer, und es verschiebt sich das Wirbelzentrum der Tumble-Strömung T nach oben bezüglich der Brennkammer 16. Mit anderen Worten, unabhängig vom Neigungswinkel θ der gegeneinspritzerseitigen geneigten Oberfläche 54 ist der Kraftstoff, der von dem Einspritzer 28 zu dem der frühen Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt eingespritzt wird, hin zu dem Wirbelzentrum der Tumble-Strömung T orientiert.
Die krumme (stippled) Zone, die von der dicken Punkt-Strich-Linie in 6 und 7 umgeben ist, bezeichnet eine fette Zone mit dem Kraftstoff, der innerhalb eines Teiles der Tumble-Strömung T durch die Kraftstoffeinspritzung zu dem der frühen Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt gebildet wird. Wie in 6 und 7 dargestellt ist, verschiebt sich die fette Zone der Position nach in die Wirbelform innerhalb der Brennkammer 16 entlang der Tumble-Strömung T. Bei 90 [Grad BTDC] nach der Kraftstoffeinspritzung zu dem der frühen Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt verschiebt sich beispielsweise, wie in 7 gezeigt ist, die fette Zone in die Nähe der gegeneinspritzerseitigen geneigten Oberfläche 54 der Kronenoberfläche 50.
Als Nächstes wird zudem der der letzten Hälfte des Kompressionshubes zu eigene Einspritzzeitpunkt in dem katalysatoreigenen schnellen Warmlaufzustand, wie in 8 dargestellt ist, die Tumble-Strömung T noch stärker in Aufwärts-Abwärts-Richtungen komprimiert, wenn sich der Kolben 14 hebt. Hierbei verschiebt sich die fette Zone mit dem Kraftstoff, der innerhalb des Teiles der Tumble-Strömung T durch die Kraftstoffeinspritzung zu dem der frühen Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt gebildet wrid, schräg nach oben und hin zu der dem Einspritzer 28 zu eigenen Seite entlang der gegeneinspritzerseitigen geneigten Oberfläche 54 der Kronenoberfläche 50 und ist über dem Hohlraum 62 befindlich.
Bei etwa 55 [Grad BTDC] entsprechend dem der letzten Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt ist die Einspritzrichtung des Kraftstoffes durch den Einspritzer 28 hin zu dem Hohlraum 62 orientiert. Wenn daher das PCM 48 den Einspritzer 28 und das Kraftstoffzuleitsystem 38 im Sinne einer Einspritzung des Kraftstoffes von dem Einspritzer 28 zu dem der letzten Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt, wie in 8 dargestellt ist, steuert bzw. regelt, strömt der eingespritzte Kraftstoff nach oben bezüglich des Hohlraumes 62 entlang der Boden- und Seitenoberflächen 64 und 66 hiervon und verschiebt die fette Zone, die über dem Hohlraum 62 befindlich ist, im Sinne einer Strömung hin zu der Zündkerze 32.
Der Kraftstoff, der zu dem der letzten Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt eingespritzt wird, und die fette Zone, die weiter nach oben bezüglich des Hohlraumes 62 durch die Kraftstoffeinspritzung verschoben wird, verschieben sich der Position nach hin zu der Zündkerze 32. Sodann bildet sich bei Eintreffen des Zündzeitpunktes, der derart gewählt ist, dass er nach dem CTDC ist, wie in 9 dargestellt ist, die fette Zone um die Spitze der Zündkerze 32 herum. Damit kann die Verbrennungsstabilität verbessert und sogar nach dem CTDC weiter sichergestellt werden.
Wie vorstehend beschrieben worden ist, unterteilt in dem katalysatoreigenen schnellen Warmlaufzustand das PCM 48 den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt in die drei Zeitpunkte des Einlasshubeinspritzzeitpunktes, des der frühen Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunktes und des der letzten Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunktes und steuert bzw. regelt den Einspritzer 28 im Sinne der Einspritzung des Kraftstoffes derart, dass das Verhältnis der Kraftstoffeinspritzmengen zu den jeweiligen Einspritzzeitpunkten etwa zu 3,4 zu 3,3 zu 3,3 wird (Einlasshubeinspritzzeitpunkt:der frühen Hälfte des Kompressionshubes zu eigener Einspritzzeitpunkt:der letzten Hälfte des Kompressionshubes zu eigener Einspritzzeitpunkt).
Insbesondere wird der Kraftstoff gleichmäßig innerhalb der Brennkammer 16 durch die Kraftstoffeinspritzung zu dem Einlasshubeinspritzzeitpunkt verteilt, wodurch das Emissionsverhalten verbessert wird, wobei sich die fette Zone um die Zündkerze 32 herum zu dem Zündzeitpunkt nach dem CTDC durch die Kraftstoffeinspritzungen zu dem der frühen Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt und dem der letzten Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt bildet, um die Verbrennungsstabilität zu verbessern. Insbesondere durch Unterteilen des Kraftstoffeinspritzzeitpunktes im Kompressionshub in den der frühen Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt und den der letzten Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt wird die Kraftstoffeinspritzmenge zu dem der letzten Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt verringert, was der Kraftstoffanhaftung an der Kronenoberfläche 50 entgegenwirkt.
Zustand innerhalb der Brennkammer im Kaltzustand
Als Nächstes wird zu dem der frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt im Kaltzustand nach dem katalysatoreigenen schnellen Warmlaufzustand, wie in 10 dargestellt ist, eine Tumble-Strömung T (Wirbelströmung in Aufwärts-Abwärtsrichtungen des Kolbens) durch Einlassluft erzeugt, die in die Brennkammer 16 von den Einlassports 18 infolgedessen strömt, dass die Einlassventile 22 geöffnet werden und sich der Kolben 14 senkt. Steuert bzw. regelt das PCM 48 den Einspritzer 28 und das Kraftstoffzuleitsystem 38 im Sinne einer Einspritzung des Kraftstoffes von dem Einspritzer 28 zu dem der frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt, so strömt der eingespritzte Kraftstoff innerhalb der Brennkammer 16 entlang der Tumble-Strömung T. Insbesondere bei etwa 280 [Grad BTDC] entsprechend dem der frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt erreicht die Senkgeschwindigkeit des Kolbens 14 ihr Extremum, und es fließt das Gas innerhalb der Brennkammer 16 am aktivsten. Daher kann die Verdampfung des in die Brennkammer 16 eingespritzten Kraftstoffes stärker stimuliert werden. Da zudem die Zeitspanne von dem der frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt zu dem Zündzeitpunkt lang ist, kann eine ausreichende Zeit für die Verdampfung desjenigen Kraftstoffes sichergestellt werden, der zu dem der frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt eingespritzt wird, und es kann der Kraftstoff gleichmäßig innerhalb der Brennkammer 16 verteilt werden.
Als Nächstes breitet sich zu dem der letzten Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt im Kaltzustand nach dem katalysatoreigenen schnellen Warmlaufzustand, wie in 11 gezeigt ist, die Tumble-Strömung T, die in der frühen Hälfte des Einlasshubes erzeugt wird, in Aufwärts-Abwärtsrichtungen aus, wenn sich der Kolben 14 senkt. Steuert bzw. regelt das PCM 48 den Einspritzer 28 und das Kraftstoffzuleitsystem 38 im Sinne einer Einspritzung des Kraftstoffes von dem Einspritzer 28 zu diesem Zeitpunkt, so wird der Kraftstoff hin zu einer Zone nahe an einem oberen Ende der Tumble-Strömung T eingespritzt. In der Nähe des oberen Endes der Tumble-Strömung T ist eine positive Richtung der Tumble-Strömung T hin zu den Auslass- bzw. Abgasports 20 von den Einlassports 18, das heißt weg von dem Einspritzer 28, orientiert. Daher wird der Kraftstoff durch den Einspritzer 28 in dieselbe Richtung wie die positive Richtung der Strömung nahe am oberen Ende der Tumble-Strömung T eingespritzt, was die Tumble-Strömung T verstärkt. Damit kann die Turbulenz der Strömung des Mischgases innerhalb der Brennkammer 16 aufrechterhalten bis zum Zündzeitpunkt werden, wodurch im Ergebnis die Flammenausbreitungsgeschwindigkeit verbessert werden und man eine homogene Verbrennung erhalten kann.
Zudem verschiebt sich zu dem der frühen Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt im Kaltzustand nach dem katalysatoreigenen schnellen Warmlaufzustand, wie in 12 gezeigt ist, die Tumble-Strömung T, die im Einlasshub erzeugt wird, in die Wirbelform zwischen der Decke 26 der Brennkammer 16 und der Kronenoberfläche 50 bei gleichzeitiger Kompression in Aufwärts-Abwärtsrichtungen, wenn sich der Kolben 14 hebt. Insbesondere ist eine untere Sektion der Tumble-Strömung T schräg nach oben und hin zu dem Einspritzer 28 entlang der gegeneinspritzerseitigen geneigten Oberfläche 54 der Kronenoberfläche 50 orientiert.
Zwischen etwa 160 und etwa 110 [Grad BTDC] entsprechend dem der frühen Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt ist, ähnlich zu dem der frühen Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt im katalysatoreigenen schnellen Warmlaufzustand, der Bereich A der Zentralachse O der Brennkammer 16 mit Schnitt der Erstreckung des Einspritzbereiches des Kraftstoffes aus der Einspritzung durch den Einspritzer 28 unter dem vorbestimmten Spreizwinkel β über der Position der Zentralachse O mit Schnitt der Erstreckungsebene P der gegeneinspritzerseitigen geneigten Oberfläche 54 der Kronenoberfläche 50 befindlich.
Wenn daher das PCM 48 den Einspritzer 28 und das Kraftstoffzuleitsystem 38 im Sinne einer Einspritzung des Kraftstoffes von dem Einspritzer 28 zu dem der frühen Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt steuert bzw. regelt, wird der Kraftstoff hin zu einem Wirbelzentrum der Tumble-Strömung T an einer Position über der unteren Sektion der Tumble-Strömung T mit Orientierung schräg nach oben und hin zu dem Einspritzer 28 entlang der gegeneinspritzerseitigen geneigten Oberfläche 54 der Kronenoberfläche 50 eingespritzt.
In dem Fall wird dem Durchdringen des Kraftstoffes in seiner Einspritzrichtung durch eine kinetische Energie der Tumble-Strömung T, die in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Einspritzrichtung des Kraftstoffes orientiert ist, entgegengewirkt. Daher durchdringt der Kraftstoff nicht die Tumble-Strömung T, und es wird der Kraftstoffanhaftung an einer Wandoberfläche der Brennkammer 16 entgegengewirkt.
Des Weiteren wird der Zeitpunkt, zu dem das PCM 48 den Einspritzer 28 im Sinne einer Einspritzung des Kraftstoffes steuert bzw. regelt, früher gewählt, wenn der Neigungswinkel θ der gegeneinspritzerseitigen geneigten Oberfläche 54 größer wird, das heißt, es wird ein Aufwärtswinkel, unter dem die untere Sektion der Tumble-Strömung T entlang der gegeneinspritzerseitigen geneigten Oberfläche 54 orientiert ist, größer, und es verschiebt sich das Wirbelzentrum der Tumble-Strömung T nach oben bezüglich der Brennkammer 16. Mit anderen Worten, unabhängig vom Neigungswinkel θ der gegeneinspritzerseitigen geneigten Oberfläche 54 ist der Kraftstoff, der durch den Einspritzer 28 zu dem der frühen Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt eingespritzt wird, hin zu dem Wirbelzentrum der Tumble-Strömung T orientiert.
Eine fette Zone des Kraftstoffes, die sich innerhalb eines Teiles der Tumble-Strömung T durch die Kraftstoffeinspritzung zu dem der frühen Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt bildet, verschiebt sich der Position nach in die Wirbelform innerhalb der Brennkammer 16 entlang der Tumble-Strömung T. Sodann bildet sich bei Eintreffen des Zündzeitpunktes, wie in 13 gezeigt ist, die fette Zone um die Spitze der Zündkerze 32 herum. Damit kann die Verbrennungsstabilität verbessert werden, und sogar im Kaltzustand, in dem die Verbrennung tendenziell instabil ist, kann die Verbrennungsstabilität sichergestellt werden.
Wie vorstehend beschrieben worden ist, unterteilt im Kaltzustand nach dem katalysatoreigenen schnellen Warmlaufzustand das PCM 48 den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt in die drei Zeitpunkte des der frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunktes, des der letzten Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunktes und des der frühen Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunktes und steuert bzw. regelt den Einspritzer 28 im Sinne einer Einspritzung des Kraftstoffes derart, dass das Verhältnis der Kraftstoffeinspritzmengen zu den jeweiligen Einspritzzeitpunkten etwa 3,4 zu 3,3 zu 3,3 wird (der frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigener Einspritzzeitpunkt:der letzten Hälfte des Einlasshubes zu eigener Einspritzzeitpunkt:der frühen Hälfte des Kompressionshubes zu eigener Einspritzzeitpunkt).
Insbesondere wird der Kraftstoff gleichmäßig innerhalb der Brennkammer 16 durch die Kraftstoffeinspritzungen zu dem der frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt und dem der letzten Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt verteilt, um so das Abgasverhalten zu verbessern, und es bildet sich die fette Zone um die Zündkerze 32 herum zu dem Zündzeitpunkt vor dem CTDC durch die Kraftstoffeinspritzung zu dem der frühen Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt, um so die Verbrennungsstabilität zu verbessern. Insbesondere durch Unterteilen des Kraftstoffeinspritzzeitpunktes in die drei Zeitpunkte des der frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunktes, des der letzten Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunktes und des der frühen Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunktes wird die Kraftstoffeinspritzmenge zu dem der frühen Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt verringert, was der Kraftstoffanhaftung an der Kronenoberfläche 50 und der Wandoberfläche der Brennkammer 16 entgegengewirkt.
Als Nächstes werden Abwandlungen der Ausführungsform beschrieben.
Bei der vorbeschriebenen Ausführungsform sind zwei unabhängige Einlassports 18 und zwei unabhängige Auslass- bzw. Abgasports 20 in dem Zylinderkopf 6 für jeden der Zylinder 2 ausgebildet. Die Anzahl der Einlass- und Auslass- bzw. Abgasports 18 und 20 kann jedoch jeweils auch eine andere sein.
Bei der vorbeschriebenen Ausführungsform bestimmt das PCM 48 den Betriebszustand des Motors 1 auf Grundlage der Detektionssignale, die von dem Katalysatortemperatursensor 46, dem Fluidtemperatursensor, dem Kurbelwellensensor, dem Beschleuniger- bzw. Gaspedalpositionssensor und dergleichen mehr empfangen werden. Der Betriebszustand des Motors 1 kann jedoch auch unter Ausnutzung eines Detektionssignals/von Detektionssignalen aus dem Empfang von einem anderen Sensor/von anderen Sensoren bestimmt werden.
Bei der vorbeschriebenen Ausführungsform ist die gesamte Kraftstoffeinspritzmenge in einem Zyklus derart gewählt, dass das Mischgas insgesamt mager wird, was dünner als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Es kann jedoch auch derart gewählt sein, dass das Verhältnis des Mischgases im Wesentlichen insgesamt gleich dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird.
Als Nächstes werden Betriebsvorgänge und Wirkungen des Steuer- bzw. Regelsystems des Motors 1 der Ausführungsform und der Abwandlungen hiervon gemäß vorstehender Beschreibung beschrieben.
In dem katalysatoreigenen schnellen Warmlaufzustand steuert bzw. regelt das PCM 48 den Einspritzer 28 im Sinne einer Einspritzung des Kraftstoffes zu dem Einlasshubeinspritzzeitpunkt, dem der frühen Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt und dem der letzten Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt. Zu dem der frühen Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt wird, da der Kraftstoff von dem Einspritzer 28 hin zu dem Wirbelzentrum der Tumble-Strömung T eingespritzt wird, dem Durchdringen des Kraftstoffes in seiner Einspritzrichtung durch die kinetische Energie der Tumble-Strömung T, die in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Einspritzrichtung des Kraftstoffes orientiert ist, entgegengewirkt. Damit kann sich die fette Zone innerhalb der Tumble-Strömung T bilden, ohne dass der Kraftstoff die Tumble-Strömung T durchdringen und an der Kronenoberfläche 50 und der Wandoberfläche der Brennkammer 16 anhaften würde. Damit wird die fette Zone der Position nach entlang der Tumble-Strömung T verschoben und durch die Kraftstoffeinspritzung zu dem der letzten Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt hin zu der Zündkerze 32 verschoben. Damit kann sich zum Zündzeitpunkt, der derart gewählt ist, dass er nach dem CTDC ist, die fette Zone um die Spitze der Zündkerze 32 herum mit dem Kraftstoff bilden, der zu dem der letzten Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt eingespritzt wird, wodurch im Ergebnis die Verbrennungsstabilität verbessert werden kann. Darüber hinaus wird durch Unterteilen des Kraftstoffeinspritzzeitpunktes im Kompressionshub in den der frühen Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt und den der letzten Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt die Kraftstoffeinspritzmenge zu dem der letzten Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt verringert, weshalb der Kraftstoffanhaftung an der Kronenoberfläche 50 entgegengewirkt werden kann. Wenn daher der Zündzeitpunkt derart gewählt ist, dass er nach dem CTDC ist, kann die Verbrennungsstabilität verbessert werden und gleichzeitig der Anhaftung von Kraftstoff an der Kronenoberfläche 50 und der Wandoberfläche der Verbrennung 16 entgegengewirkt werden, um eine Verschlechterung des Emissionsverhaltens zu verhindern.
Die Kronenoberfläche 50 des Motors 1 ist mit der gegeneinspritzerseitigen geneigten Oberfläche 54 ausgebildet, die sich schräg nach oben und hin zu dem Einspritzer 28 von dem Endabschnitt der Kronenoberfläche 50 auf der entgegengesetzten bzw. gegenüberliegenden Seite von dem Einspritzer 28 erstreckt. Daher kann die Tumble-Strömung T, die schräg nach oben und hin zu dem Einspritzer 28 orientiert ist, entlang der gegeneinspritzerseitigen geneigten Oberfläche 54 der Kronenoberfläche 50 erzeugt werden, und es kann der Kraftstoff sicher hin zu dem Wirbelzentrum der Tumble-Strömung T durch den Einspritzer 28 eingespritzt werden. Damit kann sich die fette Zone innerhalb der Tumble-Strömung T bilden, ohne dass der Kraftstoff die Tumble-Strömung T durchdringen und an der Kronenoberfläche 50 und der Wandoberfläche der Brennkammer 16 anhaften würde, wobei sich zu dem Zündzeitpunkt, der derart gewählt ist, dass er nach dem CTDC ist, die fette Zone um die Spitze der Zündkerze 32 herum mit dem Kraftstoff bilden kann, der zu dem der letzten Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt eingespritzt wird, wodurch im Ergebnis die Verbrennungsstabilität verbessert werden kann.
Insbesondere steuert bzw. regelt das PCM 48 den Einspritzer 28 im Sinne einer Einspritzung des Kraftstoffes zu dem der frühen Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt, der derart gewählt ist, dass er derjenige Zeitpunkt ist, zu dem der Bereich A der Zentralachse O der Brennkammer 16 mit Schnitt der Erstreckung der Einspritzbereiches des Kraftstoffes aus der Einspritzung durch den Einspritzer 28 unter dem vorbestimmten Spreizwinkel β über der Position der Zentralachse O mit Schnitt der Erstreckungsebene P der gegeneinspritzerseitigen geneigten Oberfläche 54 der Kronenoberfläche 50 befindlich ist. Daher kann der Kraftstoff sicher hin zu dem Wirbelzentrum der Tumble-Strömung T an der Position über der unteren Sektion der Tumble-Strömung T mit Orientierung schräg nach oben und hin zu dem Einspritzer 28 entlang der gegeneinspritzerseitigen geneigten Oberfläche 54 der Kronenoberfläche 50 eingespritzt werden. Damit kann sich die fette Zone innerhalb der Tumble-Strömung T bilden, ohne dass der Kraftstoff die Tumble-Strömung T durchdringen und an der Kronenoberfläche 50 und der Wandoberfläche der Brennkammer 16 anhaften würde, wobei sich zu dem Zündzeitpunkt, der derart gewählt ist, dass er nach dem CTDC ist, die fette Zone um die Spitze der Zündkerze 32 herum mit dem Kraftstoff bildet, der zu dem der letzten Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt eingespritzt werden kann, wodurch im Ergebnis die Verbrennungsstabilität verbessert werden kann.
Das PCM 48 steuert bzw. regelt den Einspritzer 28 im Sinne einer Einspritzung des Kraftstoffes zu dem der frühen Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt, der derart gewählt ist, dass er zwischen etwa 160 und etwa 110° vor dem CTDC ist. Daher kann der Kraftstoff sicher hin zu dem Wirbelzentrum der Tumble-Strömung T eingespritzt werden. Damit kann sich die fette Zone innerhalb der Tumble-Strömung T bilden, ohne dass der Kraftstoff die Tumble-Strömung T durchdringen und an der Kronenoberfläche 50 und der Wandoberfläche der Brennkammer 16 anhaften würde, wobei sich zu dem Einspritzzeitpunkt, der derart gewählt ist, dass er nach dem CTDC ist, die fette Zone um die Spitze der Zündkerze 32 herum mit dem Kraftstoff bilden kann, der zu dem der letzten Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt eingespritzt wird, wodurch im Ergebnis die Verbrennungsstabilität verbessert werden kann.
Im Kaltzustand nach dem katalysatoreigenen schnellen Warmlaufzustand bestimmt das PCM 48 den Zündzeitpunkt derart, dass dieser vor dem CTDC ist, und steuert bzw. regelt den Einspritzer 28 im Sinne einer Einspritzung des Kraftstoffes zu dem der frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt, dem der letzten Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt und dem der frühen Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt. Daher wird die Kraftstoffeinspritzmenge zu dem der frühen Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt verringert, und es wird der Kraftstoffanhaftung an der Kronenoberfläche 50 und der Bodenoberfläche der Brennkammer 16 entgegengewirkt. Des Weiteren kann sich durch Einspritzen des Kraftstoffes zu dem der frühen Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt die fette Zone mit dem Kraftstoff innerhalb der Tumble-Strömung T bilden. Durch Verschieben der fetten Zone entlang der Tumble-Strömung T kann sich die fette Zone zudem um die Spitze der Zündkerze 32 herum zu dem Zeitpunkt, der derart bestimmt ist, dass er vor dem CTDC ist, verschieben, und es kann die Verbrennungsstabilität verbessert werden. Durch gleichmäßige Verteilung des Kraftstoffes innerhalb der Brennkammer 16 durch die Kraftstoffeinspritzungen zu dem der frühen Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt und dem der letzten Hälfte des Einlasshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt kann das Emissionsverhalten verbessert werden.
Ist die Temperatur des Abgases niedrig und hat die Temperatur des Katalysators die Aktivierungstemperatur noch nicht erreicht, was beispielsweise unmittelbar nach dem Kaltstart des Motors 1 der Fall ist, verzögert das PCM 48 den Zündzeitpunkt auf nach dem CTDC. Daher strömt das eine hohe Temperatur aufweisende Abgas in den Katalysator, und es kann sich die Temperatur des Katalysators schnell erhöhen. Damit kann das Reinigungsvermögen des Abgases unmittelbar nach dem Kaltstart des Motors 1 sichergestellt werden, während dem Anhaften von Kraftstoff an der Kronenoberfläche 50 und der Wandoberfläche der Brennkammer 16 entgegengewirkt wird, um eine Verschlechterung des Emissionsverhaltens zu verhindern und die Verbrennungsstabilität zu verbessern.
Es sollte einsichtig sein, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen illustrativ und nicht restriktiv sind, wobei der Umfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche und nicht durch die vorhergehende Beschreibung festgelegt ist und wobei alle Änderungen, die dem Sinn und Umfang der Ansprüche entsprechen, oder Äquivalente hierzu als von den Ansprüchen mit umfasst betrachtet werden sollen.
Bezugszeichenliste

1: Motor
2: Zylinder
14: Kolben
16: Brennkammer
18: Einlassport
20: Auslass- bzw. Abgasport
26: Decke
28: Einspritzer
30: Düsenloch
32: Zündkerze
44: Katalysatorwandler
48: PCM
50: Kronenoberfläche
54: gegeneinspritzerseitige geneigte Oberfläche
T: Tumble-Strömung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2010-150971 A [0005]

Claims

Direkteinspritzfunkenzündungsmotor, wobei in einem Kaltzustand des Motors eine Zündkerze (32) des Motors nach einem oberen Totpunkt im Kompressionshub (CTDC) zündet, Kraftstoff im Einlasshub, einer frühen Hälfte des Kompressionshubes und einer letzten Hälfte des Kompressionshubes eingespritzt wird, und in der frühen Hälfte des Kompressionshubes der Kraftstoff hin zu einem Wirbelzentrum einer Tumble-Strömung, die mit der Brennkammer (16) des Motors erzeugt wird, eingespritzt wird.
Motor nach Anspruch 1, wobei die Tumble-Strömung innerhalb der Brennkammer (16) durch einen Einlassport (18) des Motors erzeugt wird, wobei die Zündkerze (32) des Motors in einem Zentralabschnitt einer Decke (26) der Brennkammer (16) vorgesehen ist, wobei der Kraftstoffeinspritzer (28) an einer Position eines Umfangskantenabschnittes der Decke (26) der Brennkammer (16) an einer Seite, wo der Einlassport (18) vorgesehen ist, angeordnet ist und den Kraftstoff schräg nach unten und hin zu einer gegenüberliegenden bzw. entgegengesetzten Seite von dem Einlassport (18) einspritzt, und wobei der Motor einen Kolben (14) mit einer Kronenoberfläche (50) aufweist und die Kronenoberfläche (50) mit einer geneigten Oberfläche (54) ausgebildet ist, die sich schräg nach oben und hin zu der Seite, wo der Kraftstoffeinspritzer (28) vorgesehen ist, von einem Endabschnitt der Kronenoberfläche (50) an einer entgegengesetzten bzw. gegenüberliegenden Seite von dem Kraftstoffeinspritzer (28) erstreckt.
Motor nach Anspruch 2, wobei ein Einspritzzeitpunkt der der frühen Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzung ein Zeitpunkt ist, zu dem ein Bereich einer Zentralachse (O) der Brennkammer (16) mit Schnitt einer Erstreckung eines Einspritzbereiches (A) des Kraftstoffes aus der Einspritzung durch den Kraftstoffeinspritzer (28) unter einem vorbestimmten Spreizwinkel (β) über einer Position der Zentralachse (O) mit Schnitt einer Erstreckungsebene (P) der geneigten Oberfläche (54) der Kronenoberfläche (50) befindlich ist.
Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Einspritzzeitpunkt der der frühen Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzung zwischen etwa 160 und etwa 110° vor dem oberen Totpunkt des Kompressionshubes (CTDC) ist.
Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem Kaltzustand des Motors und nach einem Warmlaufen des Katalysators der Zündzeitpunkt zu einem Zeitpunkt vor dem oberen Totpunkt des Kompressionshubes (CTDC) verschoben wird, und Kraftstoff in einer frühen Hälfte des Einlasshubes, einer letzten Hälfte des Einlasshubes und einer frühen Hälfte des Kompressionshubes eingespritzt wird.
Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Verhältnis der Kraftstoffeinspritzmengen zu den jeweiligen Einspritzzeitpunkten gleich etwa 3,4 zu 3,3 zu 3,3 ist.
Steuer- bzw. Regelsystem für einen Direkteinspritzfunkenzündungsmotor, wobei das Steuer- bzw. Regelsystem umfasst: ein Zündzeitpunktsteuer- bzw. Regelmodul zum Steuern bzw. Regeln einer Zündkerze (32) des Motors im Sinne einer Zündung nach einem oberen Totpunkt im Kompressionshub (CTDC) des Zylinders in einem Kaltzustand des Motors; und ein Kraftstoffeinspritzersteuer- bzw. Regelmodul zum Steuern bzw. Regeln des Kraftstoffeinspritzers (28) im Sinne einer Einspritzung des Kraftstoffes zu einem Einlasshubeinspritzzeitpunkt, der derart gewählt ist, dass er im Einlasshub des Zylinders ist, einem einer frühen Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt, der derart gewählt ist, dass er in einer frühen Hälfte des Kompressionshubes ist, und einem einer letzten Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt, der derart gewählt ist, dass er in einer letzten Hälfte des Kompressionshubes ist, wobei das Kraftstoffeinspritzersteuer- bzw. Regelmodul den Kraftstoffeinspritzer (28) im Sinne einer Einspritzung des Kraftstoffes hin zu einem Wirbelzentrum der Tumble-Strömung zu dem der frühen Hälfte des Kompressionshubes zu eigenen Einspritzzeitpunkt steuert bzw. regelt.
Verfahren zum Warmlaufen eines Katalysators eines Direkteinspritzfunkenzündungsmotors, wobei das Verfahren die nachfolgenden Schritte umfasst: Verzögern eines Zündzeitpunktes derart, dass dieser nach einem oberen Totpunkt eines Kompressionshubes (CTDC) ist, Einspritzen von Kraftstoff im Einlasshub, einer frühen Hälfte des Kompressionshubes und einer letzten Hälfte des Kompressionshubes, wobei in der frühen Hälfte des Kompressionshubes der Kraftstoff hin zu einem Wirbelzentrum einer Tumble-Strömung, die mit der Brennkammer (16) des Motors erzeugt wird, eingespritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei in einem Kaltzustand des Motors und nach einem Warmlaufen des Katalysators der Zündzeitpunkt zu einem Zeitpunkt vor dem oberen Totpunkt des Kompressionshubes (CTDC) verschoben wird, und Kraftstoff in einer frühen Hälfte des Einlasshubes, einer letzten Hälfte des Einlasshubes und einer frühen Hälfte des Kompressionshubes eingespritzt wird.
Computerprogrammerzeugnis, umfassend computerlesbare Anweisungen, die dann, wenn sie in ein geeignetes System geladen und dort ausgeführt werden, die Schritte nach einem Verfahren der Ansprüche 8 oder 9 ausführen können.